光的反射、折射、全反射、偏振光与激光 讲义-2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

该高中物理单元复习讲义通过表格对比（如镜面反射与漫反射条件结果表、全反射应用原理表）和二级结论提炼（共15条核心结论），系统梳理光的反射、折射、全反射、偏振与激光知识体系，清晰呈现定律内涵、公式推导及现象本质，突出重难点内在逻辑。 讲义亮点在于分层练习设计，基础填空聚焦折射率计算、全反射判断等核心考点，高考模拟题结合冰雕测折射率、翠鸟捕鱼等情境，培养科学思维与科学探究能力。易错点专项提醒（如“全反射条件光密→光疏”）助力学生规避陷阱，支持教师实施分层教学，提升复习效率。

光的反射、折射、全反射、偏振光与激光 自制讲义学案 一、光的反射 1. 反射定律 光从一种介质射向两种介质的分界面时，一部分光返回原介质的现象，叫做光的反射。 反射定律三条： 1. 反射光线、入射光线和法线在同一平面内。 2. 反射光线和入射光线分居法线两侧。 3. 反射角等于入射角（）。 二级结论1：在反射现象中，光路是可逆的。 2. 镜面反射与漫反射 类型 条件 结果 镜面反射 表面光滑 平行光反射后仍平行 漫反射 表面粗糙 平行光反射后射向各个方向 注意：漫反射也遵守反射定律，只是每一点的入射角不同，导致反射方向不同。 二级结论2：我们能从各个方向看到不发光的物体，是因为物体表面发生了漫反射。 二、光的折射与折射定律 1. 折射现象 光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变的现象，叫做光的折射。 2. 折射定律（斯涅尔定律） 内容： 1. 折射光线、入射光线和法线在同一平面内。 2. 折射光线和入射光线分居法线两侧。 3. 入射角的正弦与折射角的正弦之比为常数： 其中 为入射角，为折射角，为介质2相对于介质1的相对折射率。 二级结论3：光从光疏介质射入光密介质时，折射角 < 入射角（光线向法线偏折）；光从光密介质射入光疏介质时，折射角 > 入射角（光线远离法线）。 3. 折射率 定义：光从真空射入某种介质时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做该介质的绝对折射率，简称折射率。 另一个定义式（与光速的关系）： 其中 为真空中的光速，v为光在该介质中的传播速度。 4. 折射率另一个定义式 的推导 推导核心：沿界面方向的相位传播速度两侧相同（水平方向 L 相同），由此建立等式，约去 L 后得到 。 物理理解：光波穿过界面时，沿界面方向的相位传播速度不变（即水平方向的“波前推进速度”两侧相同），改变的只是垂直于界面方向的速度分量。 设界面水平，入射角为 ，折射角为 。 沿界面方向的相位传播速度记为 u，两侧相同： 由此可得： 而折射定律中，真空到介质的折射率定义为： 所以： 补充：相对折射率 若光从介质1射入介质2，设介质1中光速为 v1 ，介质2中光速为 v2，同理可得： 所以介质2相对于介质1的相对折射率为： 又因为绝对折射率，，所以： 二级结论4：折射率 n 是介质自身的属性，n > 1（因为光在介质中的速度小于真空中的速度）。 二级结论5：折射率越大，光在该介质中传播速度越小，光线偏折越明显。 二级结论6：同一介质中，频率越高的光，折射率越大（如紫光 > 红光）。因此，白光通过三棱镜时，紫光偏折最大，红光偏折最小，形成色散。 二级结论7：光从一种介质进入另一种介质时，频率不变，但波长和波速改变： 三、全反射 1. 全反射的定义 光从光密介质射向光疏介质时，当入射角增大到某一角度，折射光线完全消失，所有光线全部反射回原介质的现象，叫做全反射。 2. 全反射发生的两个条件（缺一不可！） 条件 说明 光从光密介质射向光疏介质 如从水射向空气、从玻璃射向空气 入射角 ≥ 临界角 C 入射角必须足够大 3. 临界角公式 其中n为光密介质的折射率（相对于光疏介质）。 二级结论8：临界角与折射率成反比——折射率越大，临界角越小，越容易发生全反射。 二级结论9：光从空气射向水或玻璃时，永远不会发生全反射（因为是从光疏介质射向光密介质）。 4. 全反射的应用 应用 原理 光导纤维 光在纤芯与包层的界面发生全反射，沿光纤传播 全反射棱镜 用全反射代替镀银面反射，减少光能损失 海市蜃楼 空气折射率随高度变化，光发生全反射 水中气泡看起来发亮 光从水射向气泡（空气）时发生全反射 二级结论10：光导纤维中，光在内外界面发生全反射，光信号可以沿光纤传播很远的距离而不衰减。 四、光的偏振 1. 什么是偏振？ 偏振：横波的振动方向对于传播方向的不对称性。 光的偏振：光波是横波，其电场矢量（光振动方向）与传播方向垂直。如果光振动方向只沿某一特定方向，这种光叫做偏振光。 2. 自然光与偏振光 类型 特征 来源 自然光 光振动沿各个方向均匀分布 太阳、白炽灯等普通光源 偏振光 光振动只沿某一特定方向 自然光通过偏振片后 二级结论11：光波是横波，偏振现象是光波是横波的有力证据（纵波不会发生偏振）。 3. 偏振片的作用 偏振片只允许某一特定方向的光振动通过，这个方向叫做偏振片的透振方向。 · 自然光通过偏振片 → 变成偏振光（强度减半） · 偏振光通过偏振片 → 若偏振方向与透振方向一致，光能通过；若垂直，光完全被挡住 二级结论12：让自然光通过两个偏振片，转动第二个偏振片，透射光强度会发生变化：从最亮（透振方向平行）到最暗（透振方向垂直）。 4. 偏振的应用 应用 原理 偏振太阳镜 消除水面、路面反射的偏振光，减少眩光 摄影偏振镜 消除反光，增加色彩饱和度 液晶显示屏 利用偏振光控制像素亮暗 立体电影 左右眼分别接收不同偏振方向的光，产生立体感 二级结论13：反射光通常是部分偏振光，折射光也是部分偏振光。当入射角满足布儒斯特角时，反射光为完全偏振光（此点仅作了解）。 五、激光 1. 激光的特性 特性 含义 相干性好 频率相同、相位差恒定，易于发生干涉 平行度好 方向性极好，几乎是一束平行光，发散角极小 亮度高 能量高度集中，可在极小面积上产生极大能量 二级结论14：激光的三个特性（相干性好、平行度好、亮度高）是它被广泛应用的根本原因。 2. 激光的应用 应用 利用的特性 光纤通信 相干性好、平行度好 激光测距 平行度好（方向性强） 激光手术 亮度高（能量集中） 激光加工（切割、焊接） 亮度高 激光唱片、激光打印机 相干性好、平行度好 全息照相 相干性好 二级结论15：激光是人工产生的相干光，自然光不是相干光。 六、易错点 1. “全反射的条件是‘光密→光疏’，不是‘光疏→光密’！” 这是选择题的高频陷阱。光从空气射向水中，不可能发生全反射；光从水射向空气，可能发生全反射。 2. “折射率越大，光速越小，偏折越大。” 三者是联动的，记住一个就能推出另外两个。 3. “频率不变，波速和波长变。” 光从一种介质进入另一种介质时，频率由光源决定，永远不变；波速和波长都改变。 4. “偏振是横波特有的，纵波没有偏振。” 声波是纵波，不会发生偏振；光波是横波，可以发生偏振。 5. “自然光通过偏振片后变成偏振光，强度减半。” 自然光各个方向都有，偏振片只让一个方向通过，所以强度变为原来的一半。 6. “激光不是自然光，是人工产生的相干光。” 激光的相干性极好，自然光不是相干光。 七、本节基础填空练习 第1题（折射定律与折射率） 一束光从空气射入某种介质，入射角为60°，折射角为 30°。 （1）该介质的折射率n= ______。 （2）光在该介质中的传播速度v= ______ m/s（已知 \( c = 3 \times 10^8 \text{m/s} \)）。 （3）若光从该介质射向空气，临界角 C= ______。 答案：（1）；（2）；（3） 第2题（全反射的判断） （1）光从水 n = 1.33 射向空气，入射角为 30°，______（填“会”或“不会”）发生全反射。 （2）光从水射向空气，入射角为 60°，______（填“会”或“不会”）发生全反射。 （3）光从空气射向水，入射角为60°，______（填“会”或“不会”）发生全反射。 答案：（1）不会；（2）会（入射角大于临界角）；（3）不会（光疏→光密，不可能全反射） 第3题（偏振与激光） （1）自然光通过偏振片后变成______，其强度变为原来的______。 （2）光的偏振现象说明光波是______波。 （3）激光的三个主要特性是______、______、______。 答案：（1）偏振光，一半；（2）横；（3）相干性好、平行度好、亮度高 8． 高考模拟题 1．光线由空气射入半圆形玻璃砖，再由玻璃砖射入空气中，O是半圆形玻璃砖的圆心。下列四幅光路图中，可能正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】AB．当光线从空气沿半径方向由圆弧面射入半圆形玻璃砖时，传播方向不发生改变，由玻璃砖射入空气时，折射角应大于入射角，反射角和入射角相等，反射光线沿半径方向射出，故A错误，B正确； C．光线从空气由平直的边斜射入半圆形玻璃砖时，折射角应小于入射角，故C错误； D．光线从空气垂直平直的边射入半圆形玻璃砖时，传播方向不发生改变，故D错误。 故选B。 2．如图为某款手机防窥膜的原理图，在透明介质中等距排列有相互平行的吸光屏障，屏障的高度与防窥膜厚度均为，相邻屏障的间距为L，方向与屏幕垂直。防窥膜的可视角度通常是以垂直于屏幕的法线为基线，左右各有一定的可视角度（如下图所示），可视角度越小，防窥效果越好。当可视角度时，透明介质的折射率为（　　） A．1 B． C．3 D．无法确定 【答案】B 【详解】设光线由透明介质射向空气的入射角为，则 即 所以，透明介质的折射率为 故选B。 3．冰雕展上，厚厚的冰墙内安装有LED光源，冰墙表面平整而光滑，光源可视为点光源。小明想测量光源到墙面的距离及冰的折射率，设计了如下实验：如图（a）所示，将半径为的圆形纸片贴在墙面上，圆心正对光源。用白纸板做屏，平行墙面从纸片处向后移动，当屏上黑影的半径等于时，测出屏到墙面的距离，换用不同半径的纸片重复上述实验，得到多组数据，在坐标纸上画出图如图（b）所示，直线横截距为，纵截距为，则（    ） A．光源到墙面的距离为 B．光源到墙面的距离为 C．冰的折射率为 D．冰的折射率为 【答案】D 【难度】0.65 【详解】如图所示 根据折射定律可得 其中    ， 联立可得 结合（b）图可得，斜率，截距 所以， 故选D。 4．翠鸟的食物以鱼类为主，翠鸟入水之后是凭借触觉来抓捕猎物的，因此在入水之前，翠鸟会先看清楚鱼的位置，在时机成熟时张开翅膀，以俯冲的姿势，快速地冲入水中将猎物捕获。若开始时翠鸟停在距离水面高的苇秆上，看到与水面成的方向有一条鱼，鱼的实际位置在水面下方处。已知水对光线的折射率为，，，则（　　） A．鱼看到的翠鸟比实际位置要高 B．鱼的实际深度比翠鸟观察到的要浅 C．如图所示，鱼在水中看到岸上所有景物都会出现在一个倒立的圆锥里，角最大值为 D．鱼距离翠鸟的实际水平距离为 【答案】A 【难度】0.65 【详解】AB．因为光线从空气射向水面，由光疏介质射入光密介质，折射角小于入射角，所以鱼的实际深度比翠鸟观察到的要深，根据光路可逆原理可知，鱼看到的翠鸟比实际位置要高，A正确，B错误； C．岸边景物发出或反射的光，在水面以掠射方式入射时（接近入射），光线会发生折射再进入鱼的眼睛里，鱼逆着折射光线观察岸上的景物时，岸上景物的像全部都呈现在一个倒立的圆锥里，根据光路可逆与全反射原理可知，发生全反射的临界角C满足 则 C错误； D．根据题意画出光路图如图所示 根据 解得 鱼距离翠鸟的实际水平距离为 D错误。 故选A。 5．如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从P点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为c，则（　　） A．玻璃砖的折射率为 B．OP之间的距离为 C．光在玻璃砖内的传播速度为 D．光从玻璃到空气的临界角为 【答案】B 【详解】ABD．根据题意可知，当光线从P点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射，如图甲所示；当入射角时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行，则光路如图乙所示； 对图甲，根据全反射的条件有 对图乙，根据折射定律有 根据几何关系有 联立解得， 则全反射临界角 故AD错误，B正确； C．光在玻璃砖内的传播速度为 故C错误。 故选B。 6．如图甲所示，在平静的水面下深h处有一个点光源S，它发出的两种不同颜色的a光和b光在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域，该区域的中间为由ab两种单色光所构成的复色光圆形区域周围为环状区域，且为a光的颜色（见图乙）设b光的折射率为nb，则下列说法正确的是（　　） A．在水中，a光的波长比b光小 B．在水中，a光的传播速度比b光小 C．复色光圆形区域的面积为 D．在同一装置的杨氏双缝干涉实验中，a光的干涉条纹比b光窄 【答案】C 【详解】AB．由于a光在水面上形成的圆形亮斑面积较大，可知a光的临界角较大，根据 可知a光的折射率较小，在水中，a光的波长比b光长，a光的传播速度比b光大，故AB错误； C．根据几何关系可知 所以复色光圆形区域的面积为 故C正确； D．a光的折射率小，波长长，根据双缝干涉条纹间距与波长成正比，可知相同条件下，a光干涉条纹比b光宽，故D错误。 故选C。 7．如图所示为半圆柱体形玻璃砖的横截面，OD为直径。一束包含红、紫两种单色光的光束沿AO方向从直径上非常靠近O点位置射入柱体，并分别到达柱体表面的B、C两点。则下列说法中正确的是（    ） A．两种颜色的光在玻璃中的传播速度大小相等 B．到达B点的光可能是红光 C．两束光在玻璃中分别到达B、C两点的传播时间不相等 D．在B、C两点中，若紫光能射出玻璃，则红光也能射出玻璃 【答案】D 【详解】A．光的颜色不同，频率不同，对介质的折射率不同，根据 可知，在介质中的传播速度也不同，A错误； B．从图中可看出到达B点的光折射率较大，所以到达B点的光频率较大，即为紫光，B错误； C．如图 设入射角为，折射角为，根据折射定律，有 光在玻璃中传播的距离为 运动时间为 又 联立可得 所以两束光在玻璃中分别到达B、C两点的传播时间相等，C错误； D．根据B选项分析可知，到达B点的光折射率较大且为紫光，如上图，设光线从玻璃射出时的入射角分别为和，全反射临界角为和，根据 可知 若紫光能射出玻璃，则有 如图可知， 所以可得 所以红光也能从玻璃射出，D正确。 故选D。 8．夏天的雨后经常可以看到美丽的彩虹，古人对此有深刻认识，唐代词人张志和在《玄真子涛之灵》中写道：“雨色映日而为虹”。从物理学角度看，虹和霓是两束平行太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，人们在地面上逆着光线看过去就可看到霓虹现象。如图甲所示，一束白光水平射入空中一球形的水滴，经过两次折射和一次反射后射出形成光带MN，出射光线与水平面的夹角称为彩虹角，如图乙所示，某单色细光束从P点射入折射率为的雨滴，入射角为，在雨滴内壁经过一次反射后从Q点射出。已知雨滴的半径为R，真空中的光速为c，则（　　） A．细光束在雨滴内经历的时间为 B．细光束在雨滴内经历的时间为 C．入射光线与出射光线之间的夹角为 D．若分别用图甲中M、N所对应的两种光在同一装置上做双缝干涉实验，则M所对应的光的条纹间距更大 【答案】C 【详解】AB．由折射定律可知，入射角为时，由，得折射角为，光线在水滴中折射时的光路图如图所示 由几何关系可知光线在水滴中的传播距离为 光在雨滴中的传播速度 则传播时间为，故AB错误； C．由几何关系可知，故C正确； D．根据题图甲可知水滴对M所对应的光的折射率大于对N所对应的光的折射率，则M、N所对应的光分别为紫光和红光，紫光波长比红光短，又双缝干涉条纹间距，则M所对应的光的条纹间距更小，故D错误。 故选C。 9．一厚度d为的大平板玻璃水平放置，玻璃板的折射率，其下表面粘有一边长为2cm的正方形发光面。在玻璃板上表面放置一纸片，若纸片能完全遮挡住从方形发光面发出的光线（不考虑反射），则纸片的最小面积为（    ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】光线射到玻璃板上表面的临界角 则 光线射到玻璃砖上表面的面积 纸片的最小面积为。 故选C。 10．关于激光的应用问题，下列说法正确的是（　　） A．光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中传递信息的 B．计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用激光有相干性的特点 C．医学中用激光作“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点 D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点 【答案】C 【难度】0.85 【详解】A．由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用了激光的相干性好的特点，故A错误； B．计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好的特点，故B错误； C．医疗中的激光“光刀”利用了激光的亮度高的特点，故C正确； D．激光测距利用的是激光的平行度好的特点，故D错误。 故选C。 11．（24-25高二下·四川资阳·期中）如图所示，一束由两种单色光混合的复色光沿PO方向射向一立方体玻璃砖的上表面，得到三束平行光线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，玻璃砖的下表面有反光薄膜，下列说法正确的是（　　） A．光束Ⅰ为复色光，光束Ⅱ、Ⅲ为单色光 B．光束Ⅲ的频率大于光束Ⅱ的频率 C．光线Ⅱ、Ⅲ分别通过同一双缝干涉装置，光线Ⅲ的干涉条纹间距更宽 D．在玻璃砖中，光束Ⅱ的速度大于光束Ⅲ的速度 【答案】AC 【难度】0.65 【详解】A．两种色光都在玻璃砖的上表面发生了反射，入射角相同，由反射定律知，它们的反射角相同，可知光束Ⅰ是复色光，而光束Ⅱ、Ⅲ由于折射率的不同导致偏折分离，所以光束Ⅱ、Ⅲ为单色光，故A正确； B．根据题意得如下图 可知光束Ⅱ的偏折程度大于光束Ⅲ的偏折程度，则光束Ⅱ的折射率大于光束Ⅲ的折射率，则光束Ⅱ的频率大于光束Ⅲ的频率，故B错误； C．由于光束Ⅱ的频率大于光束Ⅲ的频率，根据 可知光束Ⅱ的波长小于光束Ⅲ的波长，根据 可知光线Ⅱ、Ⅲ分别通过同一双缝干涉装置，光线Ⅲ的干涉条纹间距更宽，故C正确； D．光束Ⅱ的折射率大于对光束Ⅲ的折射率，根据 可知在玻璃砖中，光束Ⅱ的速度小于光束Ⅲ的速度，故D错误。 故选AC。 12．一个均匀的透明圆柱体切成横截面如图所示的柱体，一束平行光从空气垂直平面AB方向射入柱体，关于这束光初次在柱体内到达圆弧形界面ACB时，下列说法正确的是（　　） A．从区域II入射的所有光线都不会发生全反射 B．从区域II入射的光线是否发生全反射与柱体的折射率有关 C．从区域I、III入射的所有光线都不会发生全反射 D．从区域I、III入射的光线是否发生全反射与柱体的折射率有关 【答案】BC 【详解】AB．II部分光线垂直AB射入圆柱体，方向不变射到圆柱体的内表面上，能否全部射出圆柱体，要看光线能否发生全反射，根据全反射的条件：入射角大于等于临界角，可知，II部分光线能否全部射出与透明体的临界角有关，由全反射临界角公式，知临界角与折射率有关，所以II部分光线能否全部射出与透明体的折射率有关，故A错误，B正确。 CD．I、Ⅲ两部分光线射入圆柱体时的折射角等于再射到圆柱体内表面上的入射角，根据光路可逆性分析可知，光线不能发生全反射，一定能从透明体射出，故C正确，D错误。 故选BC。 13．（20-21高二下·湖南长沙·期末）如图，一个半径为R的圆形玻璃砖，为了测定该玻璃砖的折射率，将一条光线从玻璃砖上的A点射入，入射光线在过A点的横截面所在的平面内，玻璃砖横截面的圆心为O，在该横截面所在的平面内调节入射光线的方向，当圆形玻璃砖侧面上只有三处有光线射出时，测得入射光线与半径OA的夹角为，已知光在真空中传播的速度为。求： （ⅰ）该玻璃砖的折射率； （ⅱ）保持入射角不变，光线从射入玻璃砖到射出玻璃砖经历的最短时间。 【答案】（ⅰ） ；（ⅱ） 【详解】（ⅰ）根据对称性可知光在圆形玻璃砖内不会发生全反射，当圆形玻璃砖侧面上只有三处有光线射出时，三个光线出射点与圆心连线互成，作了光路图如图所示，三个出射点分别为B、C、A，则三角形ABC为等边三角形连接OA，即为折射角，根据几何关系可得 根据折射定律有 解得折射率 （ⅱ）通过分析可知光线第一次从B点射出时经历的时间最短，根据几何关系可得 光在玻璃砖里传播的速度为 则最短时间为 代入数据解得 学科网（北京）股份有限公司 $